JPH02201114A

JPH02201114A - 変位測定装置

Info

Publication number: JPH02201114A
Application number: JP2043089A
Authority: JP
Inventors: Saburo Uemura; 植村　三良
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1990-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、機械装置や検査装置における変位量を検出
、測定する場合等に用いて好適な変位量測定装置に関す
る。

〔発明の１既要〕この発明は、コアを内Ｔｈａして一定の長さに巻回し、
且つ金属外筒を移動可能に被せて可変インダクタンス・
コイルと、この可変インダクタンス・コイルと同じ温度
特性等を有する固定インダクタンス素子を互いに離間し
て設けると共に金属外筒がコイルに対して一杯に入った
ときの可変インダクタンス・コイルのインダクタンスの
値に固定インダクタンス素子のインダクタンスの値を設
定し、これ等のコイル及び素子と高周波発振器及び整流
器を含む検波回路とを組合せることにより、所望の出力
電圧、直線性、安定度を保持し乍ら装置の小型化を図る
と共に特に絶対スケールとして長さの測定に有用な変位
測定装置を提供するようにしたものである。

〔従来の技術）機械装置において、変位量を電気的に測定するため各種
のスケールが用いられているが、スケールは形状が大き
く高価なため用途が制限される欠点がある。比較的変位
量が少ない場合、差動トランスが最も多く用いられてい
るが、差動トランスに、は次の如き３つの欠点がある。

第１に、コイルの中をコアが出入する構造であるため、
差動トランスのコイルに比べて装置全体が長くなり、変
位量が長い場合不適当である。

第２に、差動トランスは、２個のコイルを軸方向に並べ
た構造で、変位測定範囲に比べ２個並んだコイルの長さ
が普通３倍近くも長くなる。

第３に、コアが出入する構造ではコアが片持ち支持にな
るため、振動に弱い。

そこで、コイルの中に入るコアは固定しておき、コイル
の外側に被せた金属外筒を移動する構造として、上記第
１ないし第３の問題点を解決した変位測定装置を本出願
人は先に提案した（特願昭６２１０７３５７号）。

第７図は、その先行技術に係る可変インダクタンス・コ
イルの基本構造を示す断面図である。同図に示すように
、例えば全長１１０ミリ、外径２．４ミリの石英管（１
）に端を１０ミリ残して、０．２ミリ径の絶縁銅線を５
０ミリの長さにわたって一様に巻回（巻回数２１０回）
し、これをコイルＡとしている。

コイルＡに隣接して同様に５０ミリの長さにわたって巻
線をし、これをコイルＢとしている。また、石英管（１
１の中に、石英管（１）と同じ長さ１１０ミリの高導磁
率のコア（２）を挿入固定している。コア（２）は、例
えば、外径１．２ミリ内径０．７ミリのパーマロイ細管
で、熱処理後エポキシ粉末の静電塗装を施し保護しであ
る。コイルの外側には収縮チューブを被せて保護するが
、このコイル保護管（３）に石英管又はエポキシグラス
製の管を使用することもできる。

金属外筒（４）は、コイルと同じ長さ（５０ミリ）の例
えば黄銅管で、外径６ミリ及び５ミリのものを用いてい
る。これらの内径は、それぞれ５ミリ及び４ミリである
。

第８図は変位検出特性の直線範囲（直線性±１％）が１
５０ミリの場合の先行技術に係る変位測定装置の形状を
概略的に示したもので、この時のコイルＡとＢによるコ
イル長は３６０ミリ、金属外筒（４）の長さは１７０ミ
リであった。なお、第８図において、（５）は検波回路
等を含むデテクタ、（７）はデテクタ（５）等を収納す
るデテクタケースである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の如き構成の先行技術による変位測定装
置の場合、コイルＡ及びＢを隣接して軸方向に並べて使
用するので、コイル全体の長さが大きくなり、結局装置
全体が大きくなる欠点がある。

このことは特に本装置を応用する例えば油圧シリンダや
空気圧シリンダ等では問題となる。

第９図は一例として斯る変位測定装置を油圧シリンダに
応用した場合を示すもので、同図において、（１０）は
ピストンロッド、（１１）はロッドカバー（１２）はへ
ンドカバー、（１３）はピストン、（１４）はオイルで
ある。そして、ピストンロッド（１０）の芯に１００ミ
リ以上の深い穴（１５）が穿設され、この穴（１５）内
にデテクタケース（７）に固定されたコイルＡ。

Ｂが挿入される。そして、このコイルＡ、Ｂを包囲する
ようにして金属外筒（４）が穴（１５）の入口のピスト
ンロッド（１０）側に固定される。

そして、ここで常に問題となるのはピストンロッド（１
０）にあける穴（１５）の深さがピストン（１３）のス
トロークの少なくとも約２．５倍必要であると云うこと
である。また、ピストン（１３）のストロークが１００
ミリ以上のシリンダでは、必要な穴の深さがピストンロ
ッドの（１０）の全長を越える場合もある。

第１Ｏ図はコイルが長すぎるときの対策の一例を示すも
ので、ヘッドカバー（１２）とデテクタ（５）の間に継
手（１６）を設ける。しかし、この継手（１６）を用い
るのも面倒で、構成が複雑になる欠点がある。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、所望の出力
電圧、直線性、安定度を保持し乍ら実質的にコイル長を
短くして装置の形状を小さくすることができると共に絶
対値スケールとして長さの測定等に有用な変位測定装置
を提供するものである。

固定インダクタンス素子（Ｂ）のインダクタンスの値を
設定し、金属外筒（２２）が移動したときその変位量に
応じた直流電圧を検波回路（３０）の出力側に得るよう
に構成している。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による変位測定装置は、コアを内蔵して一定の
長さに巻回したコイル（２１）を有し、このコイル（２
１）にこれと略々同長の金属外筒（２２）を移動可能に
被せた可変インダクタンス・コイル（Ａ）と、この可変
インダクタンス・コイル（Ａ）と同じ温度特性等を有す
る固定インダクタンス素子（Ｂ）と、高周波発振器（Ｏ
５Ｃ）及び整流器（Ｄ＋＋ｒ＋＋Ｃ９）、　（Ｄｚ、ｒ
ｚ、Ｃｚ）を含み可変インダクタンス・コイル（Ａ）及
び固定インダクタンス素子（Ｂ）に接続された検波回路
（３０）とを備え、固定インダクタンス素？−（Ｂ）を
可変インダクタンス・コイル（Ａ）と離間して設けると
共に金属外筒（２２）がコイル（２１）に対して一杯に
入ったときの可変インダクタンス・コイル（Ａ）のイン
ダクタンスの値に〔作用〕可変インダクタンス・コイル（Ａ）に対しては金属外筒
（２２）を移ＵＩ可能に設け、これと固定インダクタン
ス素子（Ｂ）を離間して配置する。つまり、可変インダ
クタンス・コイル（Ａ）と金属外筒（２２）は被測定側
すなわち測定しようとする移動体側に設け、固定インダ
クタンス素子（Ｂ）は被測定側とは無関係な位置例えば
デテクタ（２５）側に設ける。また、固定インダクタン
ス素子（Ｂ）のインダクタンスの値は金属外筒（２２）
がコイル（２１）に対して一杯に入ったときの可変イン
ダクタンス・コイル（Ａ）のインダクタンスの値に設定
する。

そして、回路的にはこれ等コイル及び素子を検波回路（
３０）に接続する。そして、金属外筒（２２）の移動に
よって可変インダクタンス・コイル（Ａ）のインダクタ
ンスが変化する。金属外筒（２２）は可変インダクタン
ス・コイルＡに対して外側に設けた短絡２次コイルの作
用をして、金属外筒（２２）が被さった部分の可変イン
ダクタンス・コイル（Ａ）のインダクタンスが著しく減
少する。このインダクタンスの変位を電圧に変えること
により、変位量を検出できる。この場合、移動する金属
外筒に対して従来のコイル長よりそのコイル長を実質的
に１．／２とすることができるので、所望の出力電圧。

直線性、安定度を保持し乍ら装置の形状を小さくするこ
とができる。また、上述の如く固定インダクタンス素子
（Ｂ）のインダクタンスの値を設定することにより、第
５図の如く特性曲線の原点をストロークの端つまり特性
曲線の一端に設定でき、特に絶対値スケールとして長さ
の測定を行う場合等には有用である。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第６図に基づいて
詳しく説明する。

第１図は本実施例によるコイルの構成を示すもので、第
１図Ａは可変インダクタンス・コイルＡ１第１図Ｂは固
定インダクタンス素子としての固定インダクタンス・コ
イルＢである。これ等のコイルＡ及びＢは第７図のコイ
ルＡ及びＢに夫々対応している。第１図Ａにおいて、可
変インダクタンス・コイルＡは後述するフェライトコア
に直接所定長巻回されたコイル（２１）から成り、この
コイルＡに移動可能に略々同長の金属外筒（２２）を被
せる。

また、第１図Ｂにおいて、固定インダクタンス・コイル
Ｂは後述するフェライトコアに直接所定長巻回されたコ
イル（２３）から成り、このコイルＢに固定的に略々同
長又はこれより短い金属外筒（２４）を被せる。

ここで、固定インダクタンス・コイルＢのインダクタン
スの値は、金属外筒（２２）がコイル（２１）に対して
一杯に入ったときの可変インダクタンス・コイルＡのイ
ンダクタンスの値に設定する。

また、本実施例では、コイルＡ及びＢに内蔵されるコア
は高導磁率のパーマロイコアの代わりに第２図に示すよ
うに焼結フェライトのビーズ（２５）を使用する。ビー
ズク２５）の寸法は例えば第２図Ａに示すように長さ５
ミリ、外径１．７ミリ、内径０６７ミリとし、導磁率は
市販されているものでは最低の３５とする。このビーズ
（２５）を第２図Ｂに示すように例えば外径が０．６８
ミリの燐青銅のワイヤ（２６）に複数個通し、接着材で
互いに固定して任意の長さとし、フェライトコア（２７
）とする。コイルはフェライトコア（２７）のトに直接
巻きつける。コアに導磁率の低いフェライトを使用して
いるため、外部磁界の影響はｌＯガウス以下では殆ど無
視でき、特に地磁気の影響も無視できる。また、フェラ
イトコア（２７）に直接コイルを巻きつけることができ
るので、第７図で用いたような石英管は不要である。

第３図はコイルＡ及びＢの組込み状態を示したもので、
コイルＡは被測定物に対応するようにデテクタケース（
２９）より突出させ、コイルＢは検波回路等を含むデテ
クタ（２８）と共にケース（２９）に−種のダミーコイ
ルとして収納する。金属外筒（２２）はコイルＡに移動
可能に被せ、金属外筒（２４）はこの場合コイルＢの一
部を覆って固定する。

第３図において、コイル長１７５ミリ、金属外筒長１７
０ミリの値は変位検出特性の直線範囲（直線性±１％）
が１５０ミリの場合の値で、これを第８図と対比すると
、コイル長が大幅に短くなっていることがわかる。

なお、コイルＢの温度特性、抵抗成分１容量成分はコイ
ルＡと等しいことが好ましい。これは後述する検波回路
の出力電圧はコイルＡとコイルＢのインダクタンスの差
に比例するようになされており、従って両者の温度特性
等が変わるとインダクタが変わり、検出回路の出力電圧
も狂ってくるからである。

第４図は、この発明に用いる検波回路（３０）の例を示
すもので、この検波回路（３０）は、高周波発振器ＯＳ
ＣによりコイルＡ、Ｂに高周波電圧を逆方向に加え、イ
ンダクタンスの変化によって変化する抵抗器Ｒ３両端の
交流電圧を平滑回路を含む整流器（Ｄ＋＋ｒｉ＋Ｃ＋）
＋　（Ｏｒ＋ｒｚ＋Ｃｚ）により直流電圧に変え、その
差電圧をコンデンサＣ１の両端に出力として取出すよう
にしている。検波回路（３０）はこのような差動形でな
くでもよいが、差動形の方が直線性や温度特性がよい。

第５図は、コイルＡ、Ｂ及び金属外筒（２４）を固定す
ると共に上述の如くコイルＢのインダクタンスの値を初
期設定し、金属外筒（２２）を変位させたとき第４図の
検波回路（３０）が生じた出力電圧を記録したもので、
これが変位測定装置としての特性を示す曲線である。

第４図の如き差動形の検波回路（３０）の出力電圧はコ
イルＡとコイルＢのインダクタンスの差に比例するので
、上述の如く金属外筒（２２）をコイルＡに一杯に入れ
たときはコイルＡとコイルＢのインダクタンスの値を等
しくしておけば、このときの検波回路（３０）の出力電
圧は零であり、第５図のＯ■（原点）に位置することに
なる。そして、コイルＢをダミーコイルとして固定して
いるので、インダクタンスの変化はコイルＡだけに依存
し、従って、金属外筒（２２）をコイルＡに一杯に入れ
た状態より徐々に抜いて行くと、コイルへのインダクタ
ンスが大きくなってコイルＢのインダクタンス七の差が
大きくなり、検波回路（３０）の出力電圧は第５図に示
すように、０■を実質的に原点として＋側に徐々に増大
して行くような特性となる。この場合第５図からもわか
るように出力電圧が＋４Ｖ以上に達するので特に出力電
圧については問題ない。

また、直線性は一方のコイルＢをダミーコイルとしたの
で出力電圧の直線性は少し悪くなるが、若干補正巻きす
ると第７図の場合と同じような直線性が得られ、問題な
い。補正巻きは何回かカットアンドトライを行って良い
ものができれば、あとのものは容易である。

また、安定度はダミーコイルとしてのコイルＢに関係し
ているので、本実施例では一例として次のようなコイル
Ｂを作成した。すなわち第２図に示すようなフェライト
コア（２７）　（長さ１５ミリ）に０．１φの導線を１
６０回巻回したコイルに内径２．５φ、長さ１０ミリの
金属外筒（２４）　（材料は５ＯＳ−３０４）を被せた
ものとした。これは短くしたが主コイルとしてのコ・イ
ルＡと全く同じ構造で同じ材料を使用したものである。

インダクタンスの調整はコイルＢを出入して行い、良い
所で樹脂で固定した。そして、このようなコイルＢをダ
ミーコイルとして第３図の如くケース（２９）内にデテ
クタ（２８）と共に収納したものである。この結果、温
度係数は２×１０−’／’Ｃ程になり安定度も問題ない
。

なお、上述の実施例ではこの発明をシリンダに適用した
場合を例にとり説明したが、これに限定されず、例えば
第６図に示すように、相手側が移動体（３１）であれば
、これに穴（３２）を穿設し、これにコイルＡを挿入し
て移動体（３１）の変位量を測定づ゛るようにしてもよ
い。この場合、相手側の移動体（３１）が銅、アルミ、
黄銅であれば穴（３２）自体を実質的に移動可能な金属
外筒とすることができる。

また、移動体（３１）が鉄の場合は、金属外筒を穴（３
２）に圧入固定した形とすればよい。また、固定インダ
クタンス素子は少なくとも温度特性、抵抗成分、容量成
分等が可変インダクタンス・コイルと同じものであれば
、上述の形状に限定されず、例えばコイルを含まないで
、真直ぐな線にビーズを被せたような構造のものでもよ
い。

（発明の効果）上述の如くこの発明によれば、コアを内蔵して一定の長
さに巻回したコイルに金属外筒を移動可能に被せて可変
インダクタンス・コイルとなすと共にこれと同じ温度特
性等を有する固定インダクタンス素子を準備し、この固
定インダクタンス素子を被測定側の可変インダクタンス
・コイルと離間して設け、被測定側には実質的に可変イ
ンダクタンス・コイルを配置するようにしたので、所望
の出力電圧、直線性、安定度を保持し乍ら装置で使用さ
れるコイルの長さを実質的に半分にすることができ、も
って装置の形状を小さ（でき、特にシリンダやロボット
或いは自動機等スペースの少ない所に取付ける場合等に
用いて有用である。

また、固定インダクタンス素子のインダクタンスの値を
金属外筒がコイルに対して一杯に入ったときの可変イン
ダクタンス・コイルのインダクタンスの値に設定したの
で、第５図の如く実質的に特性曲線の原点をストローク
の端つまり特性曲線の一端（０■）に設定でき、もって
特に絶対値スケールとして長さの測定を行う場合等には
有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を概略的に示す構成図、第
２図はこの発明の要部を示す構成図、第３図はこの発明
の一実施例の組立状態を示す横断面図、第４図はこの発
明で使用される検波回路の一例を示す回路構成図、第５
図はこの発明による変位検出特性を示す図、第６図はこ
の発明の他の実施例を示す構成図、第７図はこの発明の
先行技術による可変インダクタンス・コイルの構成図、
第８図はこの発明の先行技術による横断面図、第９図及
び第１０図はこの発明の先行技術による装置を油圧シリ
ンダに適用した場合を夫々示す横断面図である。（２１）、　（２３）はコイル、（２２）、　（２４）
は金属外筒、（２７）はフェライトコア、（３０）は検
波回路、Ａは可変インダクタンス・コイル、Ｂは固定イ
ンダクタンス−１イル、Ｏ５Ｃは高周波発振器、（Ｄｉ
−ｒ＋＋ｃ＋）＋（Ｔｏ、ｒｚ＋ｃｚ）は整流器である
。

Claims

【特許請求の範囲】コアを内蔵して一定の長さに巻回したコイルを有し、該
コイルにこれに略同長の金属外筒を移動可能に被せた可
変インダクタンス・コイルと、該可変インダクタンス・
コイルと同じ温度特性等を有する固定インダクタンス素
子と、高周波発振器及び整流器を含み上記可変インダクタンス
・コイル及び固定インダクタンス素子に接続された検波
回路とを備え、上記固定インダクタンス素子を上記可変インダ
クタンス・コイルと離間して設けると共に上記金属外筒
が上記コイルに対して一杯に入ったときの上記可変イン
ダクタンス・コイルのインダクタンスの値に上記固定イ
ンダクタンス素子のインダクタンスの値を設定し、上記金属外筒が移動したときその変位量に応じた直流電
圧を上記検波回路の出力側に得るようにしたことを特徴
とする変位測定装置。